Escolhendo a Espessura Certa do PCB: Padrões, Design e Fatores de Fabricação

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Ao se referir a dimensões para aplicações de fabricação, padrões são essenciais para entender e trabalhar. Isso é especialmente verdadeiro para placas de circuito. Embora não haja um padrão oficial para espessura de PCB, certos tamanhos são preferidos e comumente usados entre empresas de fabricação. Estas espessuras preferidas são altamente recomendadas para simplificar o design, aproveitar efetivamente o equipamento de fabricação e minimizar custos. No entanto, a espessura do PCB pode variar, e muitos designers podem optar por alterar a espessura do PCB para propósitos específicos de design e fabricação. Aqui, analisamos o que significa espessura "padrão" de PCB e como determinar a espessura do PCB para seu próximo projeto.

Qual é a Espessura Padrão do PCB?

A espessura base padrão da MCL é 0,062 polegadas, ou 1/16 de polegada, com tolerância de 10%. Esta é uma espessura de PCB muito comum e é tipicamente considerada o padrão da indústria. A razão para isso é que 1/16 de polegada era o tamanho de folhas de baquelita fabricadas nos primeiros dias da fabricação de PCB. Embora esta espessura seja a mais comum, no entanto, existem outras espessuras comuns vistas na fabricação de PCB.

Além de placas de 0,062 polegadas, placas de 0,031 polegadas e 0,093 polegadas são comumente usadas, que atendem às necessidades de placas mais robustas ou multicamadas. Placas podem ter outras espessuras tanto dentro quanto fora deste intervalo, mas estas são consideradas as espessuras mais comuns.

11 Fatores que Impactam a Espessura do PCB

Embora seja importante conhecer espessuras padrão da indústria, muitos fatores podem exigitar uma placa personalizada. Dependendo destes fatores de design e fabricação, sua placa pode precisar ser de espessura não padrão. Dois grupos principais de fatores impactam a espessura do PCB — fatores de design e fatores de fabricação. Cobrimos estes fatores em mais detalhes abaixo e o ajudaremos a determinar como escolher uma espessura de PCB para seu projeto.

Fatores de Design que Impactam a Espessura do PCB

Fatores de design são considerados durante a fase de design do PCB. Estes fatores focam principalmente na funcionalidade e propósito da placa, em vez de considerações práticas necessárias durante a fabricação, embora fatores de fabricação tenham peso igual. Alguns dos fatores de design mais importantes que impactam a espessura do PCB incluem os seguintes:

1. Tamanho, Peso e Flexibilidade

Placas mais finas são mais leves e flexíveis que suas contrapartes mais grossas, mas quebrarão mais facilmente devido à fragilidade. Enquanto PCBs flexíveis devem ser finos para atingir sua flexibilidade, aplicações que não exigem flexibilidade podem se beneficiar de uma placa ligeiramente mais grossa por causa da integridade estrutural. No entanto, embora placas mais grossas sejam mais robustas, elas também carregam mais peso e ocupam mais espaço dentro de um dispositivo. Ambas as características podem representar um problema para aplicações leves ou dispositivos com capacidade espacial limitada. A aplicação final do PCB determina estes fatores, que devem ser alguns dos primeiros parâmetros a definir antes de iniciar o design do PCB.

2. Espessura do Cobre

A espessura do cobre desempenha um papel na espessura geral do PCB. A espessura da camada de cobre usada geralmente depende da corrente que precisa passar pelo PCB. A espessura padrão do cobre é aproximadamente 1,4 a 2,8 mils (1 a 2 oz), mas esta espessura é ajustada de acordo com os requisitos únicos da placa. Quanto mais grosso o cobre, mais grossa a placa e mais cara a placa será devido às necessidades de material e desafios de processamento.

3. Materiais da Placa

A operação e vida útil de um PCB dependem da escolha de materiais, mas estas escolhas também impactam a espessura da placa. Fabricação típica de placa consiste no substrato, laminado, máscara de solda e serigrafia. Destes, o laminado e o substrato são os materiais mais importantes para consideração, pois fornecem a estrutura da placa e impactam grandemente a espessura total. O substrato pode consistir de papel e resina epóxi, tecido de vidro ou cerâmica, dependendo da constante dielétrica necessária. Laminados, por outro lado, consistem de resina termofixa e camadas de papel ou pano. Tanto laminados quanto substratos vêm em muitas opções que determinam as propriedades térmicas, mecânicas e elétricas de uma placa de circuito, mas também determinam a espessura total da placa.

4. Número de Camadas do PCB

O número de camadas do PCB, compreensivelmente, influenciará a espessura da placa. Embora PCBs de 2-6 camadas possam cair dentro do limite padrão de espessura de PCB, PCBs de 8 camadas ou mais podem não. Embora fabricantes possam usar camadas de PCB mais finas para atingir espessura padrão, isso se torna cada vez mais impraticável à medida que o número de camadas aumenta. Praticamente falando, se seu design precisa de mais camadas, permita maior espessura de PCB. Se o design não requer múltiplas camadas, mas precisa atender a certos parâmetros de espessura, reduzir o número de camadas será a melhor escolha.

5. Tipos de Sinais

PCBs transportam uma ampla gama de tipos de sinais, que podem determinar os materiais necessários para a placa e, portanto, influenciar a espessura da placa. Por exemplo, uma placa que transporta sinais de alta potência precisa de cobre mais grosso e trilhas mais largas, o que significa que será significativamente mais grossa que placas operando em ambiente de baixa potência. Placas de alta densidade com sinais mais complexos, no entanto, tipicamente usam microvias a laser, trilhas finas e materiais finos de alto desempenho, então são tradicionalmente mais finas que outros tipos de placas.

6. Tipos de Vias

Vias de PCB roteiam trilhas através das placas em vez de em suas superfícies, o que é importante para criar designs mais compactos. Muitos tipos diferentes de via podem ser usados, incluindo:

• Via through-hole
• Micro via
• Via cega
• Via enterrada
• Via-in-pad

O tipo e densidade de vias usadas desempenharão um fator em quão grossa a placa precisa ser para acomodar. Por exemplo, microvias podem ser usadas em placas mais finas, pois são menores e destinadas a conexões de alta densidade.

7. Ambiente Operacional

A espessura da placa, bem como os materiais dos quais consiste, afetarão a condutividade e resistência de um PCB, tornando diferentes espessuras desejáveis em diferentes ambientes. Por exemplo, uma placa fina ou flexível pode não ser a escolha ideal para ambientes operacionais robustos. Além disso, trilhas de cobre mais grossas são menos termicamente estáveis com alta corrente, tornando-as subótimas para ambientes termicamente variáveis ou de alta corrente. Os conectores e componentes no PCB também são críticos, pois estes têm certos requisitos de material e desempenho que podem se relacionar com a espessura da placa.

Com base nestes fatores, designers podem razoavelmente avaliar se uma espessura padrão ou personalizada de PCB é mais desejável. No entanto, a etapa de design não termina aqui — o fabricante deve se envolver em seguida para discutir o que eles são capazes e como suas capacidades podem impactar o design final do PCB.

Fatores de Fabricação que Impactam a Espessura do PCB

Além dos fatores de design em jogo, capacidades de fabricação também desempenham um papel significativo no design final do PCB, incluindo espessura. Alguns fatores de fabricação a considerar incluem os seguintes:

8. Equipamento de Perfuração

Embora designers frequentemente prestem atenção ao tamanho e espaçamento dos furos de perfuração para objetivos de desempenho, processos de fabricação de perfuração adicionam uma camada de complexidade. Ao perfurar furos through-hole de qualquer tipo, fabricantes são limitados pela espessura da placa e pelas capacidades de diâmetro e profundidade de máquinas de fresa e lasers. Esta limitação é expressa através de uma razão de aspecto, que é a razão entre a profundidade do furo e o diâmetro do furo de perfuração. Para perfuração padrão, todos os fabricantes devem ser capazes de atingir uma razão de aspecto de 7:1. Alguns fabricantes podem atingir uma razão de aspecto maior, mas isso deve ser discutido com o fabricante antes de finalizar o design da placa, e geralmente vem a um preço mais alto. Para placas mais grossas, isso significa que fabricantes são menos capazes de atingir furos de pequeno diâmetro.

9. Espessura do Cobre

Trilhas de cobre são criadas usando gravação, que é uma das etapas mais importantes na fabricação de PCB. Processos de fabricação incluindo gravação ou revestimento dependem da espessura da camada interna de cobre. Por esta razão, camadas de cobre mais grossas impactarão a fabricabilidade, potencialmente impactando o design e o custo do produto final de PCB.

10. Contagem de Camadas

Como discutido anteriormente, quanto mais camadas em um PCB, mais difícil é fabricar com espessura padrão. Embora fabricantes especializados possam criar PCBs empilhados com camadas mais finas para acomodar uma espessura específica, esta capacidade não é universal e frequentemente vem a um preço muito aumentado. Certifique-se de discutir suas necessidades de camadas com o fabricante antes de finalizar o design para determinar suas capacidades e o que eles podem alcançar.

11. Método de Despainelização

Outro fator de fabricação a considerar é a despainelização. Fabricantes produzem PCBs em um grande painel contendo múltiplas placas e depois separam os painéis em placas individuais. A espessura da placa impacta quais métodos de despainelização podem ser usados — placas mais grossas podem precisar ser cuidadosamente despainelizadas usando ranhuras (scoring), enquanto placas mais finas podem ser roteadas para criar abas de separação. Novamente, trabalhe de perto com o fabricante para discutir métodos e requisitos de despainelização e como alterar o design do PCB para otimizar a despainelização.

Discuta todos estes fatores de fabricação com seu fabricante antes de completar o design final do PCB, pois eles dependem das capacidades e custos do fabricante. Se você não tiver esta conversa no início do processo de design, pode se ver modificando seu design ou redesenhando seu layout completamente, aumentando os custos do seu projeto.

3 Fatores a Considerar ao Escolher a Espessura do PCB

Às vezes, designers concluirão que uma espessura padrão é melhor para sua aplicação, enquanto outros decidirão que é melhor personalizar. Embora seu design final possa levá-lo a uma opção ou outra, a espessura final do seu PCB influenciará muitos fatores determinantes de custo. Alguns dos fatores mais significativos a considerar ao fazer suas escolhas finais de design e fabricação estão listados abaixo:

1. Capacidades do Equipamento

A primeira consideração é se seu fabricante tem o equipamento para fabricar a espessura da placa que você precisa. As áreas específicas a abordar estão listadas na seção "Fatores de Fabricação" acima, mas esta determinação deve ser feita no início do processo de design. Se sua aplicação requer certas características que só são alcançáveis usando técnicas de design avançadas, pode ser melhor pesquisar fabricantes que possam acomodar essas necessidades cedo. É importante lembrar, no entanto, que quaisquer técnicas avançadas resultarão em custos mais altos.

2. Tempo de Entrega

Embora espessuras padrão de PCB exijam muito pouco ajuste, espessuras personalizadas exigem mudanças que custam tempo. Quaisquer espessuras personalizadas podem exigir que fabricantes alterem configurações e processos de equipamento para acomodar as necessidades únicas do design. Esses ajustes levam tempo, o que atrasará o início da fabricação e potencialmente aumentará o tempo de entrega. Quaisquer características de design complexas aumentarão ainda mais o tempo necessário para fabricação. Se você optar por buscar uma espessura personalizada de PCB, certifique-se de discutir isso com o fabricante para obter um cronograma aproximado e ajustar sua estimativa de entrega de acordo.

3. Custo Adicional

Finalmente, você precisa ter certeza de avaliar se uma placa personalizada será econômica para seu negócio. Placas de espessura padrão não resultarão nos mesmos custos e atrasos de fabricação que uma placa de espessura personalizada, então seu negócio precisa avaliar de perto o custo versus o benefício. Embora o custo de materiais especiais necessários para acomodar uma espessura padrão possa ser mais alto, este custo pode ser uma troca valiosa em comparação com as mudanças necessárias para acomodar uma placa de espessura personalizada.

Contate a Millennium Circuits

Existem muitas opções disponíveis em termos de espessura de PCB muito além do que é considerado "padrão". Embora usar uma espessura padrão de PCB geralmente resulte em fabricação mais rápida e menos cara, espessuras personalizadas garantem que você está obtendo toda a funcionalidade que precisa para sua aplicação única. Independentemente da sua escolha, no entanto, você precisa fazer parceria com um fornecedor de PCB que possa atender às suas necessidades e oferecer conselhos especializados. A MCL está aqui para ajudar.

Millennium Circuits Limited é um fornecedor de placas de circuito impresso baseado na Pensilvânia. Como líder em nossa indústria, nosso objetivo é dar aos nossos clientes os melhores PCBs sempre. Independentemente do tipo ou volume de PCBs que estamos gerando, nos esforçamos para fornecer atendimento ao cliente de alto nível com produtos que são engenhosamente projetados, bem produzidos e com preços competitivos.

A MCL atende mais de 400 clientes em todo o mundo com locais de fabricação nacionais e no exterior. Se você está interessado em saber mais sobre nossas capacidades ou quer discutir opções de espessura de PCB, entre em contato com a Millennium Circuits hoje com quaisquer perguntas.